粘度计分类与工作原理
时间:2022-09-26 阅读:3150
粘度计(Viscosimeter) 用于测量流体(液体和气体)的粘度的仪器。粘度是表示流体在流动时,流体内部发生内摩擦的物理量,是流体反抗形变的能力,是用来鉴定某些成品或半成品的一项重要指标。粘度随流体不同而不同,随温度变化而变化。主要有毛细管粘度计,旋转粘度计和落球粘度计三类。
粘度概念
液体在流动时,在其分子间产生内摩擦的性质,称为液体的粘性,粘性的大小用粘度表示,是用来表征液体性质相关的阻力因子。绝缘油的粘度与一般液体的粘度概念相同,就是液体的内摩擦,即表示绝缘油在外力作用下,作相对层流运动时。绝缘油分子问产生内摩擦阻力的性质。绝缘油的内摩擦力愈大,粘度也愈大,流动愈困难,散热性能差。
粘度的表示方法较多,大体可分为两类:按粘度定义直接测得的粘度称为“绝对粘度”,如动力粘度、运动粘度等。若在一定条件下与已知粘度的液体比较所测得的粘度称为“相对粘度”或“条件粘度”,如恩氏粘度等。
根据测定方法,粘度一般分为三种:动力粘度、运动粘度和恩氏粘度。
粘度计是测量流体粘度的物性分析仪器。粘度是流体物质的一种物理特性,它反映流体受外力作用时分子间呈现的内部摩擦力,物质的粘度与其化学成分密切相关。在工业生产和科学研究中,常通过测量粘度来监控物质的成分或品质。如在高分子材料的生产过程中,应用粘度计可以监测合成反应生成物的粘度,自动控制反应终点。其他如石油裂化、润滑油掺合、某些食品和药物等的生产过程自动控制,原油管道输送过程监测,各种石油制品和油漆的品质检验等,都需要进行粘度测量。
主要分类
1.按操作方式分:毛细管式、旋转式和振动式3种。毛细管式粘度计:
毛细管式粘度计的工作原理是,通过样品流过容器内的时间来判断样品的粘度。测量数值的绝对值称为动粘度,广泛应用于石油化工领域。
毛细管式粘度计通常为赛氏粘度计,是一种常见的粘度计。其工作原理是:样品容器(包括流出毛细管)内充满待测样品,处于恒温浴内,液柱高度为h。打开旋塞,样品开始流向受液器,同时开始计算时间,到样品液面达到刻度线为止。样品粘度越大,这段时间越长。因此,这段时间直接反映出样品的粘度。
旋转式粘度计:常见的旋转式粘度计是锥板式粘度计。它主要包括一块平板和一块锥板。电动机经变速齿轮带动平板恒速旋转,依靠毛细管作用使被测样品保持在两板之间,并借样品分子间的摩擦力而带动锥板旋转。在扭矩检测器内的扭簧的作用下,锥板旋转一定角度后不再转动。此时,扭簧所施加的扭矩与被测样品的分子内部摩擦力(即粘度)有关:样品粘度越大,扭矩越大。扭矩检测器内设有一个可变电容器,其动片随着锥板转动,从而改变本身的电容数值。这一电容变化反映出的扭簧扭矩即为被测样品的粘度,由仪表显示出来。
旋转式粘度计的测定原理:通过一个弹簧片带动一个转子在流体中持续旋转,通过弹簧的扭变程度判断粘度。需注意,旋转式粘度计所需测量的粘度范围与粘度计转子的大小和形状以及转速有关。旋转式粘度计是实验室中普遍使用的粘度计。
振动式粘度计:这种粘度计的工作原理是:处于流体内的物体振动时会受到流体的阻碍作用,此作用的大小与流体的粘度有关。常用的振动式粘度计有超声波粘度计,其探测器内有一个弹片。在受脉冲电流激励时,弹片产生超声波范围的机械振动。当弹片浸在被测样品中时,弹片的振幅与样品的粘度和密度有关。在已知密度的情况下,可从测出的振幅数据求得粘度数值。
振动式粘度计的振动传感器发出一定的频率,通过振动幅度的变化换算粘度或者通过改变驱动力量的变化保持传感器振动幅度一致,计算驱动力量的变化计算粘度。由于振动传感器的形状,振动方式等的不一样,振动式粘度计又有好几种。
落球式落球粘度计是基于Hoeppler测量原理,对透明牛顿流体进行简单而精确的动态粘度测量。核心理念就是测量落球在重力作用下,经倾斜成一个工作角度的样品填充管降落所需要的时间。
福特杯粘度计是按美国材料试验学会油漆及原材料标准中规定制作,用来测定油墨、涂料、油漆等粘性比较的粘度计。通过测定铝杯中一定容量的试料由底部的小孔中流出所需的时间来测得试料的粘性。在欧洲和北美洲一些国家使用比较广泛。福特杯是容量为100ml的优质铝杯精制而成。
2.按工作方式分:离线粘度计(取样检测)、在线粘度计(24小时连续测量)、便携式粘度计
3.按测量产品的种类:
锡膏粘度计:锡膏粘度计采用了螺旋泵式传感器的共轴双重圆筒型回转粘度计,主要用来测量锡膏、膜厚粘膏、粘合剂、锡膏抗焊漆、液状抗焊漆、其他的油墨、粘膏类等。根据测定部密封性,具有温度调整技能,能够连接到个人电脑,自动测量,数据读取做自动计算。
便携式粘度计:便携式粘度计是采用共轴二重圆筒式,螺形线滑法泵传感器维持固定流,根据连接搅拌粘度变化正确能测量粘体的粘度。
粘度控制仪:粘度控制仪能够很好地管理涂料、墨水、粘着剂、食品、药品、油等各种各样的流体的粘度;采用共轴二重圆筒式;螺形线滑法泵传感器维持固定流,能得到稳定了的数值;接连根据搅拌粘度变化的粘性体的粘度正确能测量。
斯托默粘度计:斯托默粘度计是用于测定油漆和其他用KU值表示涂料粘稠度的测试仪器。该仪器遵循的设计依据为ASTM标准及GB9269—88标准。天津市精科材料试验机厂是专业生产油漆、涂料、油墨设备材料试验机及涂料行业试验室专用设备的大型企业。本粘度计采用单片微机,操作者不用查表即可从本仪器上直接读得测样品的KU值。
主要应用
实际工程和工业生产中,经常需要在线检测流体的粘度,以保证最佳的过程运行环境和产品质量,从而提高生产效益。通过在线测量过程中的液体粘度,可以得到液体流变行为的数据,对于预测产品工艺过程的工艺控制,输送性以及产品在使用时的操作性有着重要的指导价值。液体的特性往往和产品的其他特性如颜色,密度,稳定性,固体成分含量和分子量的改变有关系,而检测这些特性的方便和灵敏的方法就是在线检测液体的粘度.在生产过程中 根据工艺技术要求的范围进行在线粘度检测,可以最大限度的减少产品的报废率和生产线的停工期。
旋转式粘度计使用方法
1、机器一定要保持水平状态
2、转子放入样品中时要避免产生气泡,否则测量出的粘度值会降低,避免的方法是将转子倾斜的放入样品中,然后再安装转子,转子不能碰到杯壁和杯底,被测量的样品必须没过规定的刻度。
3、再测量不同的样品时,必须保持转子的清洁和干燥,如果转子残留有其它样品或清洁后残留的水,就会影响测 量的准确度
4、酸性(PH)最大不能超过2,如果酸性过大应选用特殊转子,使用ULA时要确定好样品量(只需16ml)
5、根据测定的粘度范围选择粘度标准液,并在每次使用粘度计或流变仪前对仪器进行验证,或定期校验,以保证测量的准确性.可提供各粘度范围的符合牛顿流体性质的硅油或油类标准品,精度±1%,粘度标准液的建议使用期限为自开封起一年。
6、连接转子时要用左手轻轻托起并捏住心轴(主机上),右手旋转转子,这样操作是为了保护机身内的心轴和游丝,这样可以延长仪器的使用寿命
7、取值要在数值比较稳定时,否则取得的数值会存在较大的误差
8、选择转子时,要看被测量的样品的粘度和几号转子的测量范围接近,就选几号。
注意事项
根据其测量原理,为了获得准确可靠的测量数据必须注意以下几点:
一、仪器的性能指标必须满足国家计量检定规程度要求。使用中的仪器要进行周期检定,必要时(仪器使用频繁或处于合格临界状态)要进行中间自查以确定其计量性能合格,系数误差在允许范围内,否则无法获得准确数据。
二、特别注意被测液体的温度。许多用户忽视这一点,认为温度差一点无所谓,我们的实验证明:当温度偏差0.5℃ 时,有些液体粘度值偏差超过5%,温度偏差对粘度影响很大,温度升高,粘度下降。所以要特别注意将被测液体的温度恒定在规定的温度点附近,对精确测量最好不要超过0.1℃。
三、测量容器(外筒)的选择。对于双筒旋转粘度计要仔细阅读仪器说明书,不同的转子(内筒)匹配相应的外筒,否则测量结果会偏差巨大。对于单一圆筒旋转粘度计,原理上要求外筒半径无限大,实际测量时要求外筒即测量容器的内径不低于某一尺寸。例如上海天平仪器厂生产的NDJ-1型旋转粘度计,要求测量用烧杯或直筒形容器直径不小于70mm。实验证明特别在使用一号转子时,若容器内径过小引起较大的测量误差。
四、正确选择转子或调整转速,使示值在20~90格之间。该类仪器采用刻度盘加指针方式读数,其稳定性及读数偏差综合在一起有0.5格,如果读数偏小如5格附近,引起的相对误差在10%以上,如果选择合适的转子或转速使读数在50格,那么其相对误差可降低到1%。如果示值在90格以上,使游丝产生的扭矩过大,容易产生蠕变,损伤游丝,所以一定要正确选择转子和转速。
五、频率修正。对于国产仪器名义频率在50Hz,而中国的供电频率也是50 Hz,用频率计测试变动性小于0.5%,所以一般测量不需要频率修正。但对于日本和欧美的有些仪器,名义频率在60Hz,必须进行频率修正,否则会产生20%的误差,修正公式为: 实际粘度=指示粘度×名义频率÷实际频率
六、转子浸入液体的深度及气泡的影响。旋转粘度计对转子浸入液体的深度有严格要求,必须按照说明书要求*作(有些双筒仪器对测试的液体用量有严格要求,必须用量筒量取)。在转子浸入液体的过程中往往带有气泡,在转子旋转后一段时间大部分会上浮消失,附在转子下部的气泡有时无法消除,气泡的存在会给测量数据带来较大的偏差,所以倾斜缓慢地浸入转子是一个有效的办法。
七、转子的清洗。测量用的转子(包括外筒)要清洁无污物,一般要在测量后及时清洗,特别在测油漆和胶粘剂之后。要注意清洗的方法,可用合适的有机溶剂浸泡,千万不要用金属刀具等硬刮,因为转子表面有严重的刮痕时会带来测量结果的偏差。
八、其他需注意的问题。
1.大部分仪器需要调整水平,在更换转子和调节转子高度后以及在测量过程中随时注意水平问题,否则会引起读数偏差甚至无法读数。
2.有些仪器需装保护架,仔细阅读说明书按规定安装,否则会引起读数偏差。
3.确定是否为近似牛顿流体,对于非牛顿流体应经过选择后规定转子、转速和旋转时间,以免误解为仪器不准。综上所述,旋转粘度计虽然结构简单、使用方便,但如果不正确使用,一台检定合格的仪器却不能得到准确的测量结果,影响产品质量。
安装注意
1、装卸转子时应小心操作,装卸时应将连接螺杆微微抬起进行操作,不要用力过大,不要使转子横向受力,以免转子弯曲。
2、请不要把已装上转子的粘度计侧放或倒放。
3、连接螺杆和转子连接端面及螺纹处保持清洁,否则会影响转子晃动度。
4、粘度计升降时应用手托住,防止粘度计因自重而下落。
5、调换转子后,请及时输入新的转子号。每次使用后对换下来的转子应及时清洁(擦干净)并放回到转子架中。请不要把转子留在仪器上进行清洁。
6、当调换被测液体时,请及时清洁(擦干净)转子和转子保护框架,避免由于被测液体相混淆而引起的测量误差。
7、仪器和转子为一对一匹配,请不要把数台仪器及转子相混淆。
8、请不要随意拆卸和调整仪器零件。
9、搬动及运输仪器时,应将黄色盖帽装在连接螺杆处,并把螺钉拧紧,放入包装箱中。
10、装上转子后,请不要在无液体的情况下长期旋转,以免损坏轴尖。
11、悬浊液、乳浊液、高聚物及其它高粘度液体中有许多属“非牛顿液体”,其粘度值随切变速度和时间等条件的变化而变化,故在不同转子、转速和时间下测定的结果不一致属正常情况,并非仪器误差。对非牛顿液体的测定一般应规定转子、转速和时间。
12、做到下列各点将有助于测得更精确的数值:
精确地控制被测液体的温度。
将转子以足够长的时间浸于被测液体中,使两者温度一致。
保持液体的均匀性。
测定时将转子置于容器中心,并一定要装上转子保护框架。
保证转子的清洁和晃动度。
当高转速测定立即变为低转速时,应关机一下,或在低转速的测定时间掌握稍长一点,以克服由于液体旋转惯性造成的误差。
低速测定粘度时,测定时间相对要长些。
测定过程中由于调换转子、被测液体等需要,通过旋动升降夹头改变过粘度计的位置后,应及时查看并调整粘度计的水平位置。